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        秦鎮(zhèn)灃惠低水頭水電站設(shè)計(jì)洪水分析

        2014-10-25 05:56:36楊鈞博
        陜西水利 2014年4期
        關(guān)鍵詞:流域面積灞河交匯

        楊鈞博

        (西安市太平河渠道管理中心 陜西 西安 710086)

        1 概述

        灃惠水電站位于灃河秦渡鎮(zhèn)處,灃惠水電站電站廠房位于灃河與其支流潏河交匯口下游150m處的灃惠渠秦鎮(zhèn)渠首大壩下游100m處,距西戶公路不足1km,交通方便。電站取水口以上流域面積1198km2,多年平均徑流量4.2億m3。灃河水力資源豐富,根據(jù)該水電站站址條件,擬引用灃惠渠退水修建一座低水頭引水式電站,總裝機(jī)300kW,保證出力31.5kW,多年平均發(fā)電量118萬kW·h。

        2 氣象水文資料

        灃河流域?qū)僦芯暥扰瘻貛О霛駶櫞箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū),在大氣環(huán)流和地形綜合作用下,春暖多風(fēng),夏熱多雨,秋涼濕潤,冬寒少雪,四季分明。據(jù)西安氣象站觀測資料統(tǒng)計(jì),年平均氣溫13.3℃,極端最高氣溫41.7℃,極端最低氣溫-20.6℃,全年無霜期236天,最大凍土深度45cm,全年平均風(fēng)速2.0m/s,最大風(fēng)速19.1m/s。流域多年平均降水量為806.6mm。

        灃河于1935年在潏河與灃峪河交匯口上游戶縣秦鎮(zhèn)設(shè)立秦渡鎮(zhèn)水文站,分別設(shè)有灃峪河和潏河測流斷面,觀測有洪水、徑流、泥沙等水文資料。灃峪河測流斷面以上流域面積566km2,潏河測流斷面以上流域面積648 km2,1965年潏河測流斷面撤消并設(shè)立高橋水文站,控制流域面積632km2,1979年高橋水文站改為水位站。本次設(shè)計(jì)收集有潏河秦渡鎮(zhèn)(高橋)水文站1953年~1979年共27年實(shí)測徑流量資料及灃峪河秦渡鎮(zhèn)水文站1953年~2005年共53年實(shí)測徑流資料。

        3 設(shè)計(jì)洪水分析

        3.1 合成流量法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水

        3.1.1 洪峰流量合成方法

        灃河秦鎮(zhèn)大壩位于潏河入?yún)R口下游,灃河在秦渡鎮(zhèn)以下沒有設(shè)立過水文站,無水文資料,本次將灃河干流秦渡鎮(zhèn)站洪水與支流潏河同次洪水錯開傳播時(shí)間相加合成,用合成的洪峰流量系列進(jìn)行頻率分析計(jì)算,推求工程處的設(shè)計(jì)洪水。

        根據(jù)流域水系分布特征,灃河干流秦渡鎮(zhèn)站以上河長比潏河短24.2km,平均比降比潏河大2.6倍,流域呈扇形,上游各峪洪水匯流集中,所以,秦渡鎮(zhèn)站以上洪水匯流時(shí)間較潏河短,洪水先于潏河洪水到達(dá)匯合口,洪峰時(shí)間一般相差約4h左右,一般情況是秦渡鎮(zhèn)站以上洪水洪峰流量與潏河基流或起漲段洪水過程疊加。

        灃河秦渡鎮(zhèn)站1943年~1949年為秦渡鎮(zhèn)(三)站,距灃河與潏河交匯口為694m;1950年~1964年為秦渡鎮(zhèn)(四),距兩河交匯口為824m;1965年至今為秦渡鎮(zhèn)(五)站,距交匯口為800m。潏河1943年~1964年為秦渡鎮(zhèn)(二)站,距河口距離為0.5km;1965年至今為高橋站,距河口距離為7.0km。根據(jù)兩站不同時(shí)期的實(shí)測流量成果資料,采用τ=L/V公式計(jì)算測流斷面某流量于兩河口交匯處的傳播時(shí)間,分別建立兩站流量Q~傳播時(shí)間τ相關(guān)關(guān)系曲線,求得兩站不同時(shí)期各級流量洪水至潏河口的傳播時(shí)間。

        3.1.2 洪峰流量合成

        由于1943年~1954年灃河秦渡鎮(zhèn)(三)或(四)站、潏河秦渡鎮(zhèn)(二)站沒有洪水要素摘錄資料,本次采用同日洪峰流量相加合成;1955年~1964年根據(jù)兩站流量Q~傳播時(shí)間τ相關(guān)關(guān)系曲線,以灃河秦渡鎮(zhèn)(四)站洪峰流量和出現(xiàn)時(shí)間為依據(jù),錯開傳播時(shí)間推求潏河秦渡鎮(zhèn)(二)站相應(yīng)流量,灃河秦渡鎮(zhèn)站洪峰流量加潏河相應(yīng)流量等于合成后的灃河洪峰流量。

        表2 工程處不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果表

        表3 設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果匯總表

        圖1 灃河潏河交匯口處歷年最大合成洪峰流量過程線

        潏河高橋站1965年~1979年有流量資料,1980年~2008年只有水位資料。本次首先推求出高橋站水位~流量綜合關(guān)系曲線,再根據(jù)水位過程推求出與灃河秦渡鎮(zhèn)(五)站對應(yīng)的洪水流量過程。采用同樣方法進(jìn)行洪峰流量合成。

        經(jīng)過合成,灃河潏河交匯口處有1943年~2008年共66年的合成洪峰流量系列,另外還調(diào)查到1883年以來兩次較大的歷史洪水,這在大、中流域系較長資料系列,但對總體而言,仍為容量有限的樣本。繪制灃河潏河交匯口處歷年最大合成洪峰流量過程線圖,見圖1。

        從圖1中可以看出,灃河潏河交匯口處合成洪峰流量系列已長達(dá)66年,基本上包括了豐、平、枯時(shí)段和各種來水組合,且又加入了歷史調(diào)查洪水,同時(shí),洪水系列正遞序均值、變差系數(shù)Cv隨歷時(shí)變化也趨于穩(wěn)定,因此認(rèn)為該洪水系列具有較好的代表性。

        3.2 水文比擬法推求設(shè)計(jì)洪水

        灞河位于設(shè)計(jì)流域?yàn)柡訓(xùn)|側(cè),為相鄰流域。灞河馬渡王站位于灞河中游,其控制流域面積由秦嶺北麓山區(qū)和渭河南岸平原兩部分組成,和灃河秦鎮(zhèn)大壩區(qū)段以上流域面積組成相似,故本次以灞河馬渡王站為參證站,采用水文比擬法推求工程處的設(shè)計(jì)洪水。

        3.2.1 參證站設(shè)計(jì)洪水分析計(jì)算

        根據(jù)馬渡王站1952年~2008年共57年洪峰流量系列,按照《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》(SL44—2006)推薦的方法,以年最大值法選樣,并加入1835年歷史調(diào)查洪水,按不連續(xù)系列進(jìn)行頻率分析,洪水經(jīng)驗(yàn)頻率采用數(shù)學(xué)期望公式進(jìn)行計(jì)算,均值及變差系數(shù)Cv采用矩法計(jì)算,理論頻率偏態(tài)系數(shù)Cs按經(jīng)驗(yàn)取Cv的倍比通過適線確定。經(jīng)過適線,求得灞河馬渡王站設(shè)計(jì)洪水頻率計(jì)算成果及統(tǒng)計(jì)參數(shù),詳見表1。

        3.2.2 工程處設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

        灃河潏河交匯口處的設(shè)計(jì)洪水以灞河馬渡王站為參證站,采用水文比擬法進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算公式為:

        式中,Q工程處、Q參證站—分別為工程處和參證站灞河馬渡王站設(shè)計(jì)洪峰流量(m3/s);

        F工程處、F參證站—為工程處和參證站灞河馬渡王站控制流域面積(km2),分別為1253km2和1601km2。

        經(jīng)過計(jì)算,得到灃河潏河交匯口處的設(shè)計(jì)洪水成果,詳見表2。

        4 成果分析選用

        將合成流量法和水文比擬法兩種方法計(jì)算成果匯總于表3。

        從表中3可以看出,兩種方法計(jì)算的成果略有差異,但差異不大??紤]到水文比擬法參證站的流域面積與設(shè)計(jì)流域面積相差較大,且灞河馬渡王站控制流域面積內(nèi)平原面積的比例較灃河、潏河交匯口以下流域面積內(nèi)平原面積小,故洪水成果可能有一定的誤差,且水文比擬法成果值偏大;合成流量法采用了本流域兩個(gè)水文站的實(shí)測資料,兩站距匯合口的距離也很近,合成精度相對較好,計(jì)算時(shí)考慮了本流域的洪水特性,成果精度相對較高。經(jīng)分析比較,選擇合成流量法計(jì)算成果作為本次灃惠水電站洪水設(shè)計(jì)的依據(jù)。

        灃惠電站廠房位于秦鎮(zhèn)大壩下游100m處,設(shè)計(jì)洪水洪峰流量采用潏河入?yún)R后灃惠渠渠首秦鎮(zhèn)大壩處的流量,即Q10%=840m3/s。

        5 結(jié)語

        合理確定設(shè)計(jì)洪水,對電站的安全運(yùn)行具有重要意義。本文以秦鎮(zhèn)灃惠低水頭水電站為實(shí)例,根據(jù)設(shè)計(jì)洪水理論與實(shí)際資料,分別采用合成流量法和水文比擬法來進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水分析。將兩種方法的計(jì)算成果對比發(fā)現(xiàn),水文比擬法與合成流量法的計(jì)算成果差異并不大,但由于前者存在參證站流域面積與設(shè)計(jì)流域面積相差較大等不利因素的影響,將會為算法帶來一定程度的計(jì)算誤差;而后者采用了匯合口就近兩個(gè)水文站的資料,并且考慮了本流域的洪水特性,使得算法具有了更高的精度,故最終選擇合成流量法的計(jì)算結(jié)果作為本站洪水設(shè)計(jì)的依據(jù)。

        [1]水利部長江水利委員會水文局,水利部南京水文水資源研究所.水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算手冊[S].北京:中國水利水電出版社.1995.10.

        [2]魏文秋,張利平.水文信息技術(shù)[M].武漢大學(xué)出版社.2003.02.

        [3]黃振平.水文統(tǒng)計(jì)學(xué)[M].南京:河海大學(xué)出版社.2003.08.

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